TREM1+PMN-MDSC在泛癌免疫抑制与肿瘤微环境重塑中的关键作用及机制研究

《Communications Biology》：Pan-cancer analysis reveals TREM1+ PMN-MDSCs as critical regulators of immune suppression and tumor microenvironment remodeling

本研究针对肿瘤微环境中髓系来源抑制细胞（MDSC）异质性及空间分布机制不清的问题，通过整合19种癌症的576个单细胞转录组数据和空间转录组数据，首次在泛癌层面鉴定出TREM1+PMN-MDSC亚群。该细胞高表达免疫抑制基因，与患者不良预后显著相关，并通过ANXA1-FPR1、FN1-CD44等信号通路与成纤维细胞、耗竭T细胞空间共定位，重塑免疫抑制微环境。研究证实TREM1是PMN-MDSC免疫抑制功能的关键驱动因子，为靶向MDSC的肿瘤免疫治疗提供了新靶点。

　　

在肿瘤错综复杂的生态系统中，肿瘤微环境（TME）犹如一个精心伪装的"堡垒"，其中髓系来源抑制细胞（MDSC）是帮助肿瘤实现免疫逃逸的重要"帮凶"。尤其值得关注的是，多形核髓系来源抑制细胞（PMN-MDSC）占据了MDSC群体的80%，它们通过释放精氨酸酶1（ARG1）、一氧化氮合酶2（NOS2）等免疫抑制分子，有效抑制T细胞功能，为肿瘤生长保驾护航。然而，科学家们至今对PMN-MDSC在不同癌症中的异质性、空间分布特征以及与其他细胞的相互作用网络了解有限，这严重制约了针对MDSC的精准治疗策略的开发。

为了解决这一科学难题，来自广西医科大学第一附属医院的研究团队在《Communications Biology》上发表了最新研究成果。研究人员开展了一项大规模的泛癌研究，整合了来自19种癌症类型的576个样本的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，并结合空间转录组学（ST）技术，首次系统揭示了TREM1⁺PMN-MDSC亚群在肿瘤免疫抑制微环境塑造中的核心作用。

研究团队首先构建了涵盖256万多个细胞的泛癌单细胞图谱，通过精细的生物信息学分析，在中性粒细胞群体中鉴定出六个功能各异的亚群。其中，P2_TREM1亚群表现出典型的PMN-MDSC特征：高表达TREM1、ITGAM、OLR1等免疫抑制相关基因，同时低表达抗原呈递相关基因HLA-DRB1。功能分析显示，这一亚群显著富集于炎症反应、氧化应激以及T细胞增殖负调控等通路，被认为是具有强免疫抑制功能的TREM1⁺PMN-MDSC群体。

进一步分析揭示，TREM1⁺PMN-MDSC在肿瘤进展过程中展现出动态变化的功能特征。在原发性肿瘤（PT）中，这些细胞表现出最强的免疫抑制和炎症反应活性，NF-κB和TNF-α信号通路高度激活；而在转移灶（Met）中，则上调了与血管生成和炎症反应相关的基因。转录因子调控网络分析发现，MAFF、NFKB1和ETV7等与肿瘤侵袭和免疫抑制相关的转录因子在PT组活性最高，而XRCC4、MYC和MAZ等促进肿瘤血管生成和上皮间质转化（EMT）的转录因子则在Met组更为活跃。

通过交叉分析，研究确定了37个在TREM1⁺PMN-MDSC中特异性上调的关键基因，其中TREM1（髓系细胞触发受体1）尤为突出。临床意义分析表明，TREM1在肾细胞癌（RCC）、肺鳞状细胞癌（LUSC）等多种癌症中高表达，且与患者不良预后显著相关。多重免疫荧光实验证实，TREM1⁺PMN-MDSC在肿瘤组织中的分布显著高于癌旁正常组织。功能实验显示，与肿瘤细胞共培养后的MDSC能更有效地抑制T细胞活性和IFN-γ、TNF-α等效应分子的分泌，而这一抑制作用在TREM1⁺MDSC中尤为显著。

空间转录组学分析为理解TREM1⁺PMN-MDSC的微环境定位提供了直观证据。在乳腺癌、肺癌和肾癌组织切片中，TREM1⁺PMN-MDSC富集区域显示出更强的免疫抑制活性，并且与成纤维细胞和耗竭T细胞（Tex）空间相邻。BayesSpace增强分析显示，OLR1高表达区域同时伴有TREM1和COL1A1的高表达，提示这些细胞与基质细胞的密切互动。

细胞互作分析揭示了TREM1⁺PMN-MDSC通过多种信号通路与微环境中其他细胞类型的复杂交流。CellChat分析显示，成纤维细胞和内皮细胞是主要的信号发送者，而效应T细胞（CD8⁺Teff）则是主要的信号接收者。特别值得注意的是，MHC-I和MIF信号在肿瘤微环境中广泛激活，而TREM1⁺PMN-MDSC则通过FN1-CD44和ANXA1-FPR1等配体-受体对参与促肿瘤信号传递。NicheNet分析进一步预测，CD4⁺调节性T细胞（Treg）和成纤维细胞可能分别通过LTB-TNFRSF1A和HAS2/CALR-CD44信号轴调控TREM1⁺PMN-MDSC的功能活性。

本研究的关键技术方法包括：整合GEO数据库和自有样本的scRNA-seq数据构建泛癌单细胞图谱；采用SCVI模型校正批次效应；利用Seurat和Scanpy进行细胞分群和注释；通过基因集评分和功能富集分析鉴定细胞特征；应用CellChat和NicheNet解析细胞间通信网络；结合空间转录组和多重免疫荧光验证空间分布；使用体外共培养模型验证MDSC的免疫抑制功能。样本来源包括19种癌症类型的576个临床样本和15个骨肉瘤自有样本。

研究结果

构建泛癌单细胞转录组图谱

研究人员整合了576个样本的scRNA-seq数据，构建了涵盖19种癌症类型的单细胞图谱。经过严格质控，最终保留了2,565,798个细胞用于分析。细胞被注释为15个主要类型，其中髓系细胞被进一步分为6个亚群。MDSC特征评分显示，单核/巨噬细胞群体可能包含M-MDSC，而中性粒细胞群体可能包含PMN-MDSC。

中性粒细胞亚群的特征及PMN-MDSC的鉴定

中性粒细胞被分为6个亚群，其中P2_TREM1亚群表现出最高的PMN-MDSC特征评分和免疫抑制基因表达。这一群体高表达CEACAM8、NOS2、ARG1、TGFB1和VEGFA等免疫抑制相关基因，且富集于负向调控T细胞增殖等通路，被鉴定为TREM1⁺PMN-MDSC。

TREM1⁺PMN-MDSC在肿瘤进展中的功能动态和分子特征

比较分析显示，原发性肿瘤中的TREM1⁺PMN-MDSC表现出最强的免疫抑制功能，而转移灶中的细胞则上调了血管生成相关通路。转录因子活性分析揭示了不同肿瘤阶段特异的调控网络。

TREM1是PMN-MDSC免疫抑制的关键驱动因子

TREM1在肿瘤相关的PMN-MDSC中高表达，且与多种癌症的不良预后相关。实验证实TREM1⁺MDSC能显著抑制T细胞功能，验证了TREM1在介导免疫抑制中的关键作用。

高浸润TREM1⁺PMN-MDSC与免疫抑制、EMT、成纤维细胞和耗竭T细胞的关联

TCGA数据分析显示，TREM1⁺PMN-MDSC评分与免疫抑制、耗竭T细胞、成纤维细胞和EMT评分呈正相关，提示这些细胞通过复杂互作网络参与肿瘤微环境重塑。

空间转录组揭示TREM1⁺PMN-MDSC与成纤维细胞、耗竭T细胞和免疫抑制特征的关联

空间分析显示，TREM1⁺PMN-MDSC富集区域具有更强的免疫抑制活性，且与成纤维细胞和耗竭T细胞空间共定位，证实了它们在微环境中的空间相互作用。

TREM1⁺PMN-MDSC通过多细胞互作促进免疫抑制微环境

细胞通信分析揭示，TREM1⁺PMN-MDSC与成纤维细胞、内皮细胞和T细胞等通过多种信号通路相互作用，共同塑造免疫抑制微环境。

研究结论与意义

这项研究通过整合多组学数据，首次在泛癌层面系统揭示了TREM1⁺PMN-MDSC的分子特征、空间分布和功能机制。研究发现不仅证实了TREM1作为PMN-MDSC免疫抑制功能的关键调节因子，还阐明了这些细胞通过复杂互作网络重塑肿瘤微环境的机制。

研究的创新性在于将单细胞分辨率与空间信息相结合，提供了PMN-MDSC在肿瘤微环境中三维互作的全景视角。特别是发现TREM1⁺PMN-MDSC与成纤维细胞、耗竭T细胞的空间共定位，以及通过LTB-TNFRSF1A和HAS2/CALR-CD44等信号轴建立的细胞间通信网络，为理解肿瘤免疫抑制微环境的形成机制提供了新见解。

该研究的临床意义在于将TREM1确立为潜在的免疫治疗靶点。针对TREM1的干预策略可能有效破坏PMN-MDSC介导的免疫抑制，增强现有免疫疗法的疗效。此外，研究建立的泛癌细胞图谱和分析方法为未来肿瘤免疫研究提供了宝贵资源。

尽管研究存在样本量在某些癌种中有限、分子机制仍需功能实验验证等局限性，但这项工作无疑为开发靶向MDSC的肿瘤免疫治疗策略奠定了重要理论基础，推动了精准肿瘤免疫治疗的发展。